アートワークの知見がなくても大丈夫！ 基礎から学べる基板設計フロー

アートワークの知見がなくても大丈夫！ 基礎から学べる基板設計フロー

プリント基板設計におけるAW設計の位置付け 「回路図通りにパターンを引いたつもりなのに、部品配置からまた見直し…」そんな経験ありませんか？ そうした手戻りの多くは、回路設計者とアートワーク（以下、AWと略す）設計者の間で意図が正しく伝わらない場合に 起こります。本記事では、AW設計の初心者に向けてAWの工程や注意点について解説します。また回路設計者でAW 設計の知見がない方もAW設計者の視点で学んでいただけます。 AW設計とは？ AW設計とは、主に製造業や電子機器の分野で使われる用語で、製品の外観や印刷物、ラベル、パッケージなどに 関する設計作業を指します。 プリント基板におけるAW設計とは、電子回路の設計をもとに、実際に基板上に配線パターンや部品配置を設計する 工程のことです。これは、電子機器の性能や信頼性に直結する非常に重要な工程です。 2

プリント基板設計におけるAW設計の位置付け 製品開発の流れとAW設計の位置付け 製品の開発は、まず仕様検討から始まり、製品仕様 書が作成されます。次に仕様書をもとにハードウェアの 制御回路を設計し、回路図や部品表が作成されます。 並行して構造設計とデザインも進み、基板図面や デザイン画が生まれます。これらを元にケースやフレームの 図面が作成されます。ソフトウェアも同時に開発され、 スイッチパネル操作、表示形式、動作モード、安全機能 などのプログラミングが進みます。 ハードウェア設計の成果物（回路図、部品表）と構造設計の基板図面を使ってAW設計が始まります。 高速信号線がある場合はシミュレーションを行い、設計が完了すると成果物 （ガーバーデータ、メタルマスクデータ、部品座標データ）が生成されます。 これらを用いて基板製造、部品実装用の治具作成が行われ、最終的に基板への部品実装が行われます。 同時に筐体やフレームの製造も進み、それらを組み合わせて製品の組み立てが行われます。ソフトウェアを 組み込んで実機デバッグを行い、機能評価、環境試験、認証取得を経て製品が完成します。 3

プリント基板の構造と基本的な用語解説 基本的な用語解説 まずはAW設計時に知っておきたい、基本的な用語について解説いたします。 ・プリント基板（Printed Circuit Board、PCB）：電子部品を組み付け接続するためのボード ・ガーバーデータ（Gerber data）：基板製造用の電子データの形式 ・ネットリスト（Netlist）：回路設計における接続情報を記載したリスト ・DRC（Design Rule Check）：設計ルールチェックツール、または設計ルールをチェックすること ・ドリルデータ（Drill data）：基板の穴あけ位置、サイズ、種類を指定するデータ ・スルーホール（Through-Hole）：PCBの一方から他方へ通じる穴で、層間を電気的に接続するための穴 スルーホールとノンスルーホール スルーホールは、ドリルの壁面に銅メッキを施してあるものを指します。 一方で、ノンスルーホールはドリルの壁面に銅メッキが施されていない ものを指します。表面に銅箔のランドがある場合でも、内部にメッキが なければノンスルーホールとなります 4

プリント基板の構造と基本的な用語解説 プリント基板の基本構造 プリント基板の層数には、片面、両面、4層、6層といった構成から、数十層に及ぶものまで さまざまあります。特殊な奇数層の基板も存在しますが、ここでは基本構造が理解しやすい 4層基板を例に説明します。 多層基板はミルフィーユのような構造をしており、中心にはコア材（硬化済みの絶縁材料） があり、その両面に銅箔が貼られています。この銅箔に対してパターニング（配線形成)を 行い、層間の接着と絶縁のためにプリプレグと呼ばれる未硬化の絶縁材を使用します 最外層（L1およびL4）は、熱と圧力を加えて圧着され、最終的には外側にレジスト （絶縁およびハンダ付け防止のための保護膜） が塗布されます。 5

プリント基板の構造と基本的な用語解説 各部の名称 ・レジスト（Resist）：ハンダが付かないようにするとともに、絶縁の目的で塗布される保護膜 ・フットプリント（Footprint）：PCB上に部品を実装するためのパターンまたは図面 ・シルク（Silkscreen）：部品番号、ピン番号、信号名、製品名などを表記するための印刷 ・ビア（Via）：スルーホールの一種で、特に信号線や電源を接続するための穴 6

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